Question

【題目】如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2是當(dāng)前科學(xué)家研究的重要課題。

(1)科學(xué)家用H2和CO2生產(chǎn)甲醇燃料。為探究該反應(yīng)原理，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：某溫度下，在容積為2 L的密閉容器中充入1 mol CO2和3.25 mol H2，在溫度一定的條件下反應(yīng)，測(cè)得CO2、CH3OH(g)和H2O(g)的物質(zhì)的量(n)隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。

①?gòu)姆磻?yīng)開始到3 min時(shí)，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)＝________。

②下列措施中一定能使CO2的轉(zhuǎn)化率增大的是________。

A．在原容器中再充入1 mol CO2 B．在原容器中再充入1 mol H2

C．在原容器中充入1 mol He D．使用更有效的催化劑

E．縮小容器的容積 F．將水蒸氣從體系中分離出

③能說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是________(填字母,下同)。

A.v(H2)=3v(CO2) B.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

C.v逆(CO2)=v正(CH3OH) D.容器內(nèi)密度保持不變

(2)科學(xué)家還利用氫氣在一定條件下與二氧化碳反應(yīng)生成乙醇燃料，其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2CO2(g)＋6H2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，在一定壓強(qiáng)下，測(cè)得該反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示。請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答下列問題。

溫度(K) CO 2轉(zhuǎn)化率/ (%) n(H2)/n(CO2)	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2	60	43	28	15
3	83	62	37	22

①上述反應(yīng)的a________0(填“大于”或“小于”)。

②恒溫下，向反應(yīng)體系中加入固體催化劑，則反應(yīng)產(chǎn)生的熱量________(填“增大”“減小”或“不變”)。

③增大的值，則生成乙醇的物質(zhì)的量________(填“增大”“減小”“不變”或“不能確定”)。

Answer 1

【答案】 0.25 mol·L－1·min－1 B E F B C 小于 不變 不能確定

【解析】(1) ①從反應(yīng)開始到3min時(shí)，V(CO2)=(1-0.5)/2×3=1/12 mol·L－1·min－1 ，根據(jù)反應(yīng)方程式：CO2+3H2 CH3OH(g)+H2O(g)，化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于化學(xué)反應(yīng)速率之比，則V(H2)=0.25 mol·L－1·min－1；正確答案：0.25 mol·L－1·min－1。

②在原容器中再充入1molCO2，CO2的總物質(zhì)的量在增加,雖然平衡在正向移動(dòng),根據(jù)勒夏特列原理可以知道, CO2的轉(zhuǎn)化率減小，A錯(cuò)誤；在原容器中再充入1molH2，平衡右移，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，B正確；在原容器中充入1molHe，對(duì)平衡沒有影響，CO2的轉(zhuǎn)化率不變，C錯(cuò)誤；使用更有效的催化劑，只能加快反應(yīng)速率，平衡不移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率不變，D錯(cuò)誤；縮小容器的容積，相當(dāng)于加壓，平衡右移，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，E正確；將水蒸氣從體系中分離出，減小了水蒸氣的濃度，平衡右移，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，F(xiàn)正確；正確答案：B E F。

③化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于化學(xué)反應(yīng)速率之比，v(H2)=3v(CO2)，但沒有指明正逆反應(yīng)方向，無法判定反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積變的化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，容器中氣體壓強(qiáng)不變，B正確；化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于化學(xué)反應(yīng)速率之比，且表明正逆反應(yīng)方向，可以判定反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，C正確；反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，無論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，容器內(nèi)氣體密度始終不變，D錯(cuò)誤；正確選項(xiàng)B C。

(2)①由圖表分析判斷，隨溫度升高，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，說明平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)，a小于0；正確答案：小于。

②催化劑對(duì)化學(xué)平衡沒有影響,所以加入催化劑,平衡不移動(dòng),反應(yīng)反應(yīng)熱不變，正確答案：不變。

(3)氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量比值增大,可以是增加氫氣,也可能為減小二氧化碳,所以二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，但生成的乙醇的物質(zhì)的量不一定增大或減小，正確答案：不能確定。